(57)【要約】【課題】変形が少なく（その結果吐出効率がよい）、しかも寸法精度が高く（従って、画像品質の高い）、かつ長期安定性にすぐれた液体吐出性を有するノズルプレートを備えた液体吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを使用した液体カートリッジ及び画像形成装置を提供する。【解決手段】液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートは樹脂部材及びエッチングストップ層を含む積層構造を有している。前記エッチングストップ層は金属又は酸化物又は窒化物又は炭化物で形成されるのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートが樹脂部材及びエッチングストップ層を含む積層構造を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記エッチングストップ層が金属、酸化物、窒化物又は炭化物で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記エッチングストップ層が金属、酸化物、窒化物、炭化物からなり、かついずれか２種類以上の積層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記金属がＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｕ又はＳＵＳであり、前記酸化物が酸化Ｓｉ、アルミナ又はジルコニアであり、前記窒化物が窒化Ｓｉ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＢＮ又はＨｆＮであり、前記炭化物が炭化Ｓｉ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ又はＨｆＣであることを特徴とする請求項２又は３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記エッチングストップ層のヤング率が樹脂部材のヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記ノズルプレートの吐出口側に撥水層が設けられていることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記ノズルプレートにおけるエッチングストップ層が前記撥水層への密着層を兼ねていることを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルプレートは、シート状の樹脂部材上にエッチングストップ層を設け、前記樹脂部材側からエッチングを施して前記樹脂部材に流入口を形成し、次いで、前記エッチングストップ層側からエッチングを施して前記エッチングストップ層に前記流入口に連絡する吐出口を形成することにより得られることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルプレートは、シート状の樹脂部材上にエッチングストップ層を設け、前記樹脂部材側からエッチングを施して前記樹脂部材に流入口を形成し、次いで、前記エッチングストップ層側からエッチングを施して前記エッチングストップ層に前記流入口に連絡する吐出口を形成した後、前記流入口が形成されたエッチングストップ層の表面に撥水層を設けることにより得られることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドに液体を供給するインクタンクとを一体化したことを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項１１】
前記請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドに関し、詳しくは、特定の積層構造で形成したノズルプレートを有する液滴吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドの製造方法、及び該液滴吐出ヘッドを搭載した液体カートリッジ、画像形成装置に関するものである。本発明の液滴吐出ヘッドは、直接的にはオフィス、パーソナルで使用するインクジェットプリンタ、印刷分野、特に多機能周辺機器（ＭＦＰ）を使用するデジタル印刷分野に適用可能であり、更には、液体の微小流量を搬送、移送に用いるマイクロポンプ、バイオチップ作成用スポッタとしても適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置は、一般的には、インクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）と呼ばれるものである。インクジェット記録装置は、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり安価な普通紙を使用できるなど多くの利点があるために、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置等として広く展開されている。
【０００３】
インクジェット記録装置において使用される液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、複数の流路部材即ち、前記このノズルが連通する液室（吐出室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、液室内のインクを吐出するための圧力発生手段で構成されている。
【０００４】
上記のような圧力発生手段としては、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のものなどがある。更にピエゾ型のものにはｄ３３方向の変形を利用した縦振動型、ｄ３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等があるが、最近では半導体プロセスやＭＥＭＳの進歩により、Ｓｉ基板に直接液室及びピエゾ素子を作り込んだ薄膜アクチュエータが考案されている。
【０００５】
更に上記圧力発生手段以上に重要なキー部品としてノズル（ノズルプレート）が挙げられる。従来、ノズルプレートの形成方法としては、有機樹脂材料からなるプレートにエキシマレーザーによってノズルとなる穴（ノズル穴）を形成するもの、或いは、電鋳支持基板上にドライフィルムレジスト等の感光性樹脂材料を用いてノズル径に対応したレジストパターンを形成した後、このレジストパターンを用いてニッケル等の高剛性部材を電鋳工法で析出してノズルプレートを形成するものが知られている。
しかしながら、この種の単層構造のノズル及びその形成方法では、ノズルの加工精度（径、真円度、方向等々）、低い流体抵抗、コスト、高剛性、高撥水性などのノズルに要求される機能をすべて実現することは困難である。
【０００６】
そこで、流路抵抗が小さく、加工精度の高いノズルを安価に実現可能な液滴吐出ヘッドを得ることを目的として、ノズルプレートを少なくとも３層構造として、具体的にはエッチング液に可溶な可溶部材をエッチング液に不溶な不溶部材（第１層及び第３層）でサンドイッチした３層構造で形成し、ノズル穴の入口を第１層に形成し出口を第３層に形成した後に可溶部をエッチングして入口と前記出口を連通する構成と工程が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このノズルプレートでは３層構成が必要であるためコストが高くかり、かつ、第1層と第３層とを連通するときの可溶部材のエッチング度合い（穴の大きさ、方向、穴側面の凹凸）が穴ごとにばらつき、必ずしもノズルとして十分なものではなかった。
【０００７】
また、Ｓｉ基板を用いて高密度インクジェットヘッド用ノズルプレートを作製することを目的として、先ず基板として（１００）又は（１１０）面方位のＳｉ基板を用いて、ノズルの吐出側が基板表面に対して垂直な穴で、入口側が漏斗状又は釣り鐘状の穴であり、作製工程はＳｉ基板の一方の面にノズルに相当するノズルパターンを、他方の面にインク入り口穴に相当するパターンを形成し、ノズルの面には異方性ドライエッチングを施してノズルを形成し、他方の面にはある程度の異方性を兼ね備えた等方性エッチングを施してインク入り口穴を形成し、エッチングマスクを除去した後、熱酸化膜を形成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このノズルプレートは基板にＳｉ基板を使用するのでコストが高く、また、入口側が漏斗状又は釣り鐘状の等方性エッチングが穴ごとにばらつく結果、オーバーエッチングになりノズルの垂直孔部が短くなる、或いはショートエッチングになり垂直孔部が長くなる等の欠点がある。
【０００８】
また、ノズル形成部材にポリイミド等の樹脂部材を用いる際に問題となる、噴射効率の低下及び吐出不良を主に解決するために、ノズルプレート（ノズル形成部材）として、ノズルを形成した樹脂部材とノズルに連通するノズル連通口を形成した高剛性部材との積層部材を使用してノズルプレートの機械的剛性を確保してそこの変形を抑制し、かつ流路形成部材とこの流路形成部材に接合する高剛性部材とは線熱膨張係数が略同じにして、ノズルプレートと流路形成部材との接合時に余計な熱ストレスが生じないようにした液滴吐出ヘッドが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、このノズル孔はレーザ照射で形成されているために加工コスト（フォトンコスト）が高くなってしまう欠点がある。更に、ノズル表面に撥水層は設けることも提案されているが、樹脂部材に直接形成しているために、撥水層の密着力が不十分で長期化の使用、特にワイピング耐性に不安がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の問題点を鑑みられたものであり、ノズルプレートに比較的安価な樹脂部材を使用しながらも、剛性が高くかつエッチングストップ層として機能する層を設け、更に加工方法にフォトリソ・エッチング法を用いることで、低コストであり、変形が少なく（その結果、吐出効率がよい）、しかも寸法精度が高く（従って、画像品質の高い）、かつ長期安定性にすぐれたノズルプレートを有する液体吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを使用した液体カートリッジ及び画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、上記課題は下記（１）〜（１１）により解決される。
（１）液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートが樹脂部材及びエッチングストップ層を含む積層構造を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
（２）前記エッチングストップ層が金属、酸化物、窒化物又は炭化物で構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の液体吐出ヘッド。
（３）前記エッチングストップ層が金属、酸化物、窒化物、炭化物からなり、かついずれか２種類以上の積層で構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の液体吐出ヘッド。
（４）前記金属がＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｕ又はＳＵＳであり、前記酸化物が酸化Ｓｉ、アルミナ又はジルコニアであり、前記窒化物が窒化Ｓｉ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＢＮ又はＨｆＮであり、前記炭化物が炭化Ｓｉ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ又はＨｆＣであることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の液滴吐出ヘッド。
（５）前記エッチングストップ層のヤング率が樹脂部材のヤング率よりも大きいことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
（６）前記ノズルプレートの吐出口側に撥水層が設けられていることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
（７）前記ノズルプレートにおけるエッチングストップ層が前記撥水層への密着層を兼ねていることを特徴とする上記（６）に記載の液体吐出ヘッド。
（８）液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルプレートは、シート状の樹脂部材上にエッチングストップ層を設け、前記樹脂部材側からエッチングを施して前記樹脂部材に流入口を形成し、次いで、前記エッチングストップ層側からエッチングを施して前記エッチングストップ層に前記流入口に連絡する吐出口を形成することにより製造されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
（９）液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルプレートは、シート状の樹脂部材上にエッチングストップ層を設け、前記樹脂部材側からエッチングを施して前記樹脂部材に流入口を形成し、次いで、前記エッチングストップ層側からエッチングを施して前記エッチングストップ層に前記流入口に連絡する吐出口を形成した後、前記流入口が形成されたエッチングストップ層の表面に撥水層を設けることにより得られることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
（１０）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドと、その液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したことを特徴とするインクカートリッジ。
（１１）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１〜４に係る発明によれば、低コストで寸法精度の高いノズルプレートを有する液体吐出ヘッドが得られる。
請求項５に係る発明によれば、低コストで寸法精度の高く、かつ変形が少ない（その結果吐出効率を向上できる）ノズルプレートを有する液体吐出ヘッドが得られる。
請求項６及び７に係る発明によれば、低コストで寸法精度の高く、変形が少なく、かつ長期的安定性に優れたノズルプレートを有する液体吐出ヘッドが得られる。
請求項８及び９に係る発明によれば、低コストで寸法精度の高いノズルプレートを有する液体吐出ヘッドを製造することができる。
請求項１０に係る発明によれば、低コストで高信頼な液体吐出ヘッド一体型インクカートリッジが得られる。
請求項１１に係る発明によれば、高密度化、高精細、低駆動電圧、かつ小型な画像形成装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの分解斜視説明図である。
【図２】本発明におけるノズルプレートの断面図である。
【図３】従来の液体吐出ヘッドのノズルプレートの断面図である。
【図４】本発明におけるノズルプレートを形成するプロセスを示す図である。
【図５】本発明におけるノズルプレートの他の断面図である。
【図６】本発明におけるノズルプレートの他の断面図である。
【図７】本発明におけるノズルプレートの他の断面図である。
【図８】本発明におけるノズルプレートの他の断面図である。
【図９】本発明に係る液体カートリッジを示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の概略斜視図である。
【図１１】図１０における画像形成装置の機構部分を説明する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明は、液滴を吐出させるノズルを有するノズルプレートと、複数の流路部材とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートが樹脂部材及びエッチングストップ層を含む積層構造を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッドである。
まず、本発明に係る液滴吐出ヘッドの全体を図１により説明する。
この液滴吐出ヘッドは、プレス加工法とウエットエッチング加工法により形成した流路板１と、流路板１と接合されるノズルプレート３と、その反対側に接合される積層材料を使ってウエットエッチング加工法により形成した振動板２とを有し、これらによって液滴を吐出するノズル４と液体流路である加圧液室６と、加圧液室６に液体を供給するための液体供給口９と、それを介して連通する共通液室８とから形成されている。
【００１４】
そして、振動板２の外面側（加圧液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して加圧液室６内の液体を加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２を金属あるいはセラミックスなどの高剛性材料で形成したベース基板１３に接合している。
【００１５】
また、圧電素子１２、１２間には加圧液室６、６間の隔壁部１ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４とを形成している。支柱部１４も構成は圧電素子と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００１６】
さらに、振動板２の外周部はフレーム部材１５に接着剤にて接合している。このフレーム部材１５には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部から液体を給するための液体供給孔１６を形成している。このフレーム部材１５は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００１７】
ここで、流路板１は、例えばステンレス鋼材をプレート状に成形したもので、例えばプレス加工法にて、加圧液室６、液体供給路７、ダンパ室５０を形成し、ウエットエッチング加工法にてインク供給部を形成したものである。
【００１８】
振動板２は、２層構造の金属プレートに樹脂をコートして形成した積層材料から加工したもので、例えば金属プレートにはステンレス鋼と樹脂にはポリイミドを使って積層材料としている。また、金属プレートには電鋳によって作製したニッケルプレートを適用することもできる。加工方法は、ウエットエッチング加工法で作製している。
【００１９】
ノズルプレート３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成している。ノズル４の孔径は液滴出口（吐出口）側の直径で約１８〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
【００２０】
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極、共通電極に電気的に接続し、これらの電極にＦＰＣケーブル（図示しない）を介して駆動信号を供給するようにしている。この圧電常数がｄ２３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００２１】
上記の金属プレートには、それぞれピンによるアライメント手法を用いて位置合わせを行い、それぞれを接合して流路ユニットを形成している。そのため、それぞれの金属プレートにはピンアライメント用の位置合わせ穴６１、６２，６３が加工されている。
【００２２】
本発明は、このような液滴吐出ヘッドにおいて、ノズルプレートが樹脂部材とエッチングストップ層を含む積層構造を有していることを特徴とするものである。
以下に、本発明におけるノズルプレートを図２、図４〜図８を参照しながら説明する。
【００２３】
図２は本発明におけるノズルプレート３の断面図である。図４はこのノズルプレートの作製工程をそれぞれ示している。図２に示すように、ノズルプレート３は、樹脂部材３１の上にエッチングストップ層３２が形成されており、樹脂部材３１には流入口３３が設けられ、エッチングストップ層３２には流入口３３に連通するかたちで吐出口３４が設けられている。
なお、上記のノズルプレート３は層状の樹脂部材３１とエッチングストップ層３２との積層体であり、エッチングストップ層３２は樹脂部材３１のエッチャントに耐性がある材料で形成され、即ち、樹脂部材３１にエッチングが施されて流入口３３が設けられる際、そのエッチングによっては穿孔されず、別のエッチングによって吐出口３４が形成されるものである。
【００２４】
ここで、本発明のノズルプレートの構成及び作用効果を説明するには、ノズルプレートがエッチングストップ層のない樹脂部材３１のみで形成されたもの（比較のノズルプレート）との対比で行うのが理解しやすいと思われるため、図３に示す比較のノズルプレートについて説明する。
図３に示す比較のノズルプレートは、樹脂部材３１にレジスト層１０を形成し、ドライエッチング又はウエットエッチングによりテーパ状に流入口３３を設けていき、その過程のまま反対側まで貫通エッチングして吐出口３４を形成したものである。この流入口３３の形成過程では各穴ごとにテーパ角やエッチング速度がばらつくとそのばらつきの影響がダイレクトに吐出口３４の加工形状、寸法に影響することになり加工精度が著しく低下して、引いては液体の吐出量と方向のばらつきの原因となる（図３では、そのばらつきの様子を線の種類で表している）。
【００２５】
これに対して、本発明では後述するような構成及び工程を採用することで、上記の問題点を解決している。即ち、これを図４及び図５により説明する。先ず、樹脂層３１の上にエッチングストップ層３２を作製する(図４（ａ）)。樹脂部材３１は高分子材料をシート状にしたものである。エッチングストップ層３２としては樹脂層３１のエッチャント（ドライエッチングの場合はエッチングガスを意味し、ウエットエッチングの場合はエッチング溶液を意味している）に耐性がある材料を選択する。次に、エッチングストップ層３２とは反対側の樹脂層３１の上にレジスト層１０を形成し、ドライエッチング又はウエットエッチングによりテーパ状の流入口３３を設ける(図４（ｂ）)。流入口３３の縦方向のエッチングはエッチングストップ層３２で自発的に止まり、それ以上縦方向には進行しない。従って、吐出口３４の長さ（Ｌｔ）はエッチングストップ層３２の厚さで規定され変動しない。更に、最も重要な吐出口３４の径（Ｒｔ）と形状は、次に説明するエッチング工程で規定され流入口３３の工程の影響は全く受けない。具体的には，流入口３３を設けた後にエッチングストップ層３２の上にレジスト層１１を形成し、ドライエッチング又はウエットエッチングにより垂直方向の吐出口３４を流入口３３と連通するように設ける(図３（ｃ）)。エッチングストップ層３２のエッチングで用いられるエッチャントは、樹脂層３１を侵さないものが選択される。この構成及び工程とすることで吐出口３４の加工精度は著しく向上した。
【００２６】
図５で補足説明をする。先ず流入口３３の縦方向の樹脂部材３１のエッチングは、エッチングストップ層３２で自発的に停止するので、縦方向にはそれ以上進行しない。このため吐出口３４の縦方向の長さ（Ｌｔ）はエッチングストップ層３２の厚さで規定され，エッチングプロセスによって変動しない。また、縦方向のエッチングストップ後にでも横方向のエッチングは流入口３４の横幅を広げつつ進行する。その進行程度がばらついたとしても（図５では線の種類で表現）、その最小幅の寸法に合わせてエッチングストップ層３２上に前記のレジスト層１１を形成して、ドライエッチング又はウエットエッチングによりエッチングストップ層３２に垂直に吐出口３４を流入口３と連通するように形成すれば、吐出口３４の径（Ｒｔ）は流入口３３のプロセスに依存せず、また流入口３と吐出口４の繋ぎ形状も不自然にならずに形成できる。
【００２７】
本発明においては、エッチングストップ層３２を金属又は酸化物又は窒化物又は炭化物で構成することが好ましく、そうした構成とすることで樹脂部材３１とのエッチング選択比が得られエッチングストップ層として機能できる。具体的には、樹脂部材３１で用いられる高分子材料の中でも比較的剛性が高い、ポリイミド系、ポリカーネイト系、ポリアリレート系が使用でき、これらはウエットエッチングの場合にはアルカリエッチング液が用いられ、また、ドライエッチングの場合は酸素系エッチングガスが使用される。従って、エッチングストップ層３２としては、これらのエッチャントに耐性のある金属として、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｕ、ＳＵＳ等が使用できる。また、酸化物としては酸化Ｓｉ或いはアルミナ、ジルコニア等の金属酸化物が使用でき、窒化物としては窒化物Ｓｉ或いはＴｉＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＢＮ、ＨｆＮ等の金属窒化物が使用でき、炭化物としては炭化Ｓｉ或いはＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＨｆＣ等の金属窒化物が使用できる。
【００２８】
ノズルプレート３の形成について具体的に説明する。
１つの例として、ノズルプレート３は、樹脂部材３１として厚さ１０〜７５μｍのポリイミドフィルムを使用して、その上に電鋳によってＣｕを１〜１０μｍ堆積しエッチングストップ層３２とした。
エッチングストップ層３２としてはその他に、電鋳によりＳＵＳを１〜１０μｍ堆積したもの、高速スパッタ法にてＳｉＯ２を１〜１０μｍ堆積したもの、或いは、ＡＤ法（エアルゾルデポジション法：大気中にノズルより原料の微粒子を高速に基板に噴射して粒子同士の衝突により、粒子間の結合を生じさせて膜を堆積する方法で、金属酸化物や窒化物等を堆積できる）によってアルミナ等のセラミックを樹脂層３１上に室温で１〜１０μｍ堆積したものが適用できる。
【００２９】
次に、図４に基づいて、エッチング方法に関してドライエッチング法を例に説明する。ノズルプレート３の材料として、例えば、厚さ３０μｍのポリイミドフィルム（樹脂部材３１）を使用し、これに電鋳法で１０μｍのＣｕを堆積（エッチングストップ層３２）したものを使用する。ポリイミドフィルム上にレジスト層１０をフォトリソ法で形成し、酸素系高密度プラズマエッチャでエッチングをした。この際レジスト層１０もエッチングされつつ後退しながらポリイミドフィルム３１のエッチングが進行するために、流入口３３の形状はテーパ状に加工される。そして所定に時間（エッチングストップ層３２に到達してから、吐出口３４との連通形状が所望の形状に達するまでエッチングする）エッチングして流入口３３の形成工程を終了する。次に、エッチングストップ層３２上にレジスト層１１をフォトリソ法で形成し、塩素系或いはフッ素系エッチングガスによるＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング法）でＣｕを垂直エッチングして、流入口３４と連通した吐出口３４を形成する。
【００３０】
また、本発明においては、エッチングストップ層３２を、上記の金属、酸化物、窒化物、炭化物のいずれかの２種類以上で積層構成することがより好ましい。これにより、エッチングストップ層３２の樹脂部材３１に対する密着力を向上すると共にエッチング選択をも改善して、吐出口３４の加工精度及び歩留まりを更に向上することができる。さらに説明すると、樹脂部材３１に対する密着力は金属、酸化物が強く、炭化物、窒化物は弱いが、逆に樹脂部材３１とのエッチング選択比は炭化物、窒化物が高く、金属、酸化物は低い。また、吐出口３４の表面は硬度がある程度ないと、ワイピング耐性や異物が接したときの耐久性に支障をきたすことがあり、この意味では上層（樹脂部材３１から離れた側の層）の材料は硬度の高い炭化物、窒化物が望ましい。従って、図６に示したように、エッチングストップ層３２の第一層３２ａ（樹脂部材３１に接する層）には密着層としの機能も合わせもつ薄い金属または酸化物を設け、その上にエッチング選択比がより取れるかつ硬度の高い第二層３２ｂとして厚めの炭化物、窒化物を設ける構成である。また、金属と酸化物を比べると密着力とエッチング選択比ともに、上述の二者間の程度差ほどの差はないが、使用する樹脂部材３１と夫々のエッチャントにより適宜、どちらを第一層３２ａにするかを選択して使用する。ここで、第一層３２ａの厚さは０．１〜１μｍが好ましく、第二層３２ｂの厚さは１〜１０μｍが好ましい。
【００３１】
具体的には、エッチングストップ層３２を、上記の金属、酸化物、窒化物、炭化物のいずれかの２種類以上で積層構成としたノズルプレート３は、例えば、樹脂部材３１の上に、エッチングストップ層３２の第一層３２ａとなるＳｉ酸化膜をスパッタ法にて約０．３μｍ厚に形成し、次にこの上に第二層３２ｂとしてＳｉ窒化膜をスパッタ法で約５μｍ厚に形成する。次に、樹脂部材３１上にレジスト層１０をフォトリソ法で形成し、酸素系高密度プラズマエッチャで樹脂部材３１をエッチングする。この際、レジスト層１０の後退を利用して流入口３３の形状はテーパ状に加工される。そして所定に時間（エッチングストップ層３２に到達してから、吐出口３４との連通形状が所望の形状に達するまでエッチングする）エッチングして流入口３３の形成工程を終了する。次に、エッチングストップ層３２上にレジスト層１１をフォトリソ法で形成し、フッ素系エッチングガスによるＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング法）でＳｉ酸化膜とＳｉ窒化膜を連続して垂直エッチングし流入口３３と連通させるように吐出口３４を形成する。
【００３２】
更に、後述するような吐出口３４側に撥水層３５を設ける場合には、撥水層３５との密着力にも配慮して、第一層３２ａには薄い金属または酸化物を設け、その上にエッチング選択比のより取れる第二層３２ｂとして厚めの炭化物、窒化物を設け、更にその上に撥水層３５用の密着層として第三層目３２ｃの薄い金属または酸化物を設けた構成も効果的である（図８）。
【００３３】
また、本発明のノズルプレート３においては、エッチングストップ層３２のヤング率が樹脂部材３１のヤング率よりも大きくしたものが好ましく、これによりノズルプレート３の機械的剛性を確保してそこの変形を抑制し、吐出効率の低下を抑えることができる。また、上述してきたようにエッチングストップ層３２の有する効果はそのまま発揮されるため、吐出効率を確保できるとともに吐出口３４の加工形状、寸法精度が向上し、引いては液滴の吐出量と方向のばたつきを少なくすることができるのは言うまでもない。
【００３４】
より具体的に説明する。樹脂部材３１は高分子フィルムでありヤング率は概ね１．６〜３．５ＧＰａ程度である。これに対して、エッチングストップ層３２を構成する金属は１２０〜２００ＧＰａ程度、酸化物は２５０〜３９０ＧＰａ程度、窒化物は２８０〜３２０ＧＰａ程度、炭化物は３６０〜４５０ＧＰａ程度であり、はるかに樹脂部材３１のヤング率の方が小さい。このため樹脂部材３１だけではインクジェット装置の駆動時の液室内の圧力上昇に対して樹脂部材３１が変形してしまい、結果として液室内の圧力が損失してインク滴速度Ｖｊが低下する問題があった。この課題を解決するために、樹脂部材３１の上層に設けるエッチングストップ層３２として上記に挙げたような、樹脂部材１のヤング率よりも大なヤング率を持つ材料を使用した。
【００３５】
また、本発明のノズルプレート３においては、図７及び図８に示すように、その吐出口３４側に撥水性を有する撥水層３５が設けられるのが好ましい。本発明のような液滴吐出ヘッドにおいては液滴（インク滴）の吐出精度（量、速度、方向等）、インクの滴形状等はノズルの表面と特性に強く影響される。これを安定化し、高品位の画像品質を得るために吐出口３４側に撥水層３５を設けることは有用である。
【００３６】
撥水層３５となる材料としては、例えば、フッ素原子を有する有機化合物、特にフルオロアルキル基を有する有機物、ジメチルシリキサン骨格を有する有機ケイ素化合物等が使用できる。
【００３７】
フッ素原子を有する有機化合物としては、フルオロアルキルシラン、フルオロアルキル基を有するアルカン、カンボン酸、アルコール、アミン等が望ましい。具体的には、フルオロアルキルシランとしては、ヘプタデカフルオロ−１、１、２、２−テトラハイドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１、１、２、２−テトラハイドロトリクロオシラン；フルオロアルキル基を有するアルカンとしては、オクタフルオロシクロブタン、パーフルオロメチルシクロヘキサン、パーフルオローｎーヘキサン、パーフルオローｎーヘプタン、テトラデカフルオロー２ーメチルペンタン、パーフルオロドデカン、パーフルオロオイコサン；フルオロオアルキル基を有するカルボン酸としては、パーフルオロデカン酸、パーフルオロオクタン酸；フルオロアルキル基を有するアルコールとしては、３、３、４、４、５、５、５−ヘプタフルオロー２ーペンタノール；フルオロアルキル基を有するアミンとしては、ヘプタデカフルオロ−１、１、２、２−テトラハイドロデシルアミン等が挙げられる。ジメチルシロキサン骨格を有する有機ケイ素化合物としては、α、ｗ−ビス（３ーアミノプロピル）ポリジメチルシロキサン、α、ｗ−ビス（３ーグリシドキシプロピル）ポリジメチルシロキサン、α、ｗ−ビス（ビニル）ポリジメチルシロキサン等が挙げられる。
【００３８】
また、別の撥水性材料として、シリコン原子を有する有機化合物、特にアルキルシロキサン基を有する有機化合物が使用できる。
【００３９】
撥水層３５の形成方法としては、撥水剤にノズルプレートを浸漬するディップ法（予め吐出口３４内部に撥水剤が付かないように詰め物をしておく必要がある）、撥水剤をミスト化してノズルプレートに固定化する方法、撥水剤を真空成膜する方法などが適用可能である。中でも、真空蒸着で成膜する方法が撥水膜の密着性を向上させることにつながり、より効果的である。
【００４０】
また、本発明のノズルプレート３においては、図８に示すように、エッチングストップ層３２が撥水層３５の密着層を兼ねていることが好ましい。
撥水層３５の接合界面にはＯＨ基が必要であり、この意味では樹脂部材３１表面はかならずしも密着力の得られる表面だとはいえない。そこで下地層としての機能をエッチングストップ層３２に同時に付与する構成に至った。下地層としては金属または酸化物の方が窒化物、炭化物より機能が高く、従っては撥水層３５のすぐ下層には金属または酸化物を配置するのがよい。
【００４１】
このように撥水層３５との密着力にも配慮すると、エッチングストップ層３２の第一層３２ａには薄い（０．１〜１μｍ）金属または酸化物の層を設け、その上にエッチング選択比のより取れる第二層３２ｂとして厚め（１〜１０μｍ）の炭化物、窒化物の層を設け、更にその上に撥水層３５用の密着層として第三層目（密着層）３２ｃの（０．１〜１μｍ）薄い金属または酸化物を設けた構成が効果的である。撥水層３５の厚さは０．１〜１０μｍが適当である（図７、図８）。
【００４２】
ここで各部位に使用できる材料に関して説明すれば、上記で挙げた材料群すなわち、金属としてＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｕ、ＳＵＳ等が使用でき、酸化物としては酸化Ｓｉ或いはアルミナ、ジルコニア等の金属酸化物が使用でき、窒化物としては窒化物Ｓｉ或いはＴｉＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＢＮ、ＨｆＮ等の金属窒化物が使用でき、炭化物としては炭化Ｓｉ或いはＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＨｆＣ等の金属窒化物が使用できる。
【００４３】
次に、本発明に係るインクカートリッジについて図９を参照して説明する。
このインクカートリッジは、上記各実施形態のいずれかのノズルプレート２０を有する液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）６１と、このインクジェットヘッド６１に対して液体（インク）を供給するインクタンク６２とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性向上につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。
【００４４】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を搭載したインクジェット記録装置の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同記録装置の斜視説明図、図１１は同記録装置の機構部の側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
【００４５】
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
【００４６】
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モーター９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００４７】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４８】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
【００４９】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００５０】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
【符号の説明】
【００５１】
（図１において）
１  流路板
２  振動板
３  ノズル板
４  ノズル
６  加圧液室
７  インク供給路
８  共通液室
９  インク供給口
１２  圧電素子
１４  支柱部
１５  フレーム部材
５１  大気開放口（連通路）
６１、６２、６３  位置合わせ穴
（図２〜図８において）
３  ノズルプレート
１０、１１  レジスト層
３１  樹脂部材
３２  エッチングストップ層
（３２ａ  第一層、３２ｂ  第二層、３２ｃ  第三層）
３３  流入口
３４  吐出口
３５  撥水層
（図９において）
８０  ノズル
８１  液滴吐出ヘッド
８２  インクタンク
（図１０、図１１において）
８１  記録装置本体
８２  印字機構部
８３  用紙
８４  給紙カセット
８５  手差しトレイ
８６  排紙トレイ
９１  主ガイドロッド
９２  従ガイドロッド
９３  キャリッジ
９４  ヘッド
９５  インクカートリッジ
９７  主走査モータ
９８  駆動プーリ
９９  従動プーリ
１００  タイミングベルト
１０１  給紙ローラ１０１
１０２  フリクションパッド
１０３  ガイド部材
１０４  搬送ローラ
１０５  搬送コロ
１０６  先端コロ
１０６、１０７  副走査モータ  
１０９  印写受け部材
１１１  搬送コロ
１１２、１１４  拍車
１１３  排紙ローラ
１１５、１１６  ガイド部材
１１７  回復装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特開２００７−７６１８８号公報
【特許文献２】特開平９―５７９８１号公報
【特許文献３】特開２００１―２７７５０２号公報
【図１】
2010284949.tif 000003
【図２】
2010284949.tif 000004
【図３】
2010284949.tif 000005
【図４】
2010284949.tif 000006
【図５】
2010284949.tif 000007
【図６】
2010284949.tif 000008
【図７】
2010284949.tif 000009
【図８】
2010284949.tif 000010
【図９】
2010284949.tif 000011
【図１０】
2010284949.tif 000012
【図１１】
2010284949.tif 000013